STUDIUL POLARIZĂRII LUMINII

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "STUDIUL POLARIZĂRII LUMINII"

Ερατώ Τοκατλίδης
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 STUDIUL POLARIZĂRII LUMINII 1. Scopul lucrării Măsurarea inensiăţii luminii care rece prinr-un sisem forma dinr-un polarizor şi un analizor în funcţie de unghiul ϕ dinre planele de polarizare ale polarizorului şi respeciv analizorului. Verificarea legii lui Malus prin reprezenarea grafică în coordonae polare a curbelor inensiăţii obţinue experimenal şi calculae eoreic în funcţie de unghiul ϕ. 2. Consideraţii eoreice În concepţia ondulaorie lumina ese o undă elecromagneică cu lungimea de undă cuprinsă înre Å. Efecul de lumină se daorează componenei elecrice a câmpului elecromagneic. Vecorii inensiae a câmpului elecric, E r, inensiae a câmpului magneic, H r şi vieza de propagare a undei v, formează un riedru drep aşa cum se vede în Figura 1. Vibraţiile vecorului se efecuează înr-un plan perpendicular pe vieza de propagare, dar se po deosebi urmăoarele rei siuaţii disince: Vibraţiile vecorului E r au aceeaşi ampliudine în oae direcţiile din planul H r, E r (Fig. 2a). În aces caz lumina ese numiă naurală sau nepolarizaă. Ese cazul luminii emise de soare sau ale surse obişnuie. Ampliudinile de vibraţie sun mai mari pe o anumiă direcţie din planul ( H r, E r ) decâ pe celelale (Fig.2b). Ese cazul luminii parţial polarizae. O asfel de lumină se obţine din lumina naurală prin fenomene opice ca reflexie, refracţie ec. Vibraţiile se efecuează doar pe o singură direcţie din planul ( H r, E r ) aşa cum e reprezena în Figura 2c. Aceasă lumină se numeşe oal polarizaă, sau plan polarizaă, sau liniar polarizaă. Planul deermina de direcţia de vibraţie a vecorului E r şi direcţia de propagare se numeşe plan de vibraţie. Lumina polarizaă poae fi obţinuă prin fenomene de: reflexie, refracţie (parţial sau oal polarizaă) sau Figura 1. prin fenomenul de birefringenţă (oal polarizaă). 75

2 Sudiul polarizării luminii Figura 2. Fenomenul de birefringenţă a fos observa penru prima daă de Fresnel. El a consaa fapul că la recerea unui fascicul de lumină prinr-un crisal de calci (CaCO 3 ), acesa se separă în două fascicule care sun incapabile să producă inerferenţă. Young a sugera o explicaţie penru aces fenomen, şi anume a presupus fapul că lumina, ese o undă ransversală, cele două componene obţinue în urma recerii prin crisalul de calci având plane de oscilaţie reciproc perpendiculare. El a numi aces efec ca polarizare plană, iar fenomenul obţinerii celor două componene dublă refracţie. Una dinre cele două componene raversează crisalul cu aceeaşi vieză v o în oae direcţiile, se numeşe undă ordinară şi corespunzăor indicele de refracţie al crisalului ese n o = v/v o, iar cealală componenă raversează crisalul cu o vieză v e mai mare decâ v o şi se numeşe undă exraordinară. Indicele de refracţie corespunzăor undei exraordinare ese n e = v/v e fiind mai mic decâ n o. Exisă şi ale crisale care manifesă dublă refracţie ca: würziul (ZnS), cuarţul (SiO 2 ), dolomiul (CaO.MgO.2CO 2 ), ec. Obţinerea luminii oal polarizae (liniar polarizae) prin fenomenul de birefringenţă, s-a realiza penru prima daă uilizând crisalul de calci (numi şi spa de Islanda), ăia înr-un plan corespunzăor, după anumie reguli crisalografice, în două părţi, lipie apoi cu balsam de Canada (Fig.3). Un asfel de dispoziiv se numeşe nicol. Dacă unda luminoasă naurală cade pe una dinre feţele mici ale nicolului sub un unghi mai mic de 33 o, se desface în două părţi, o undă ordinară u o şi una exraordinară u e, ambele oal polarizae. Unda exraordinară rece pracic nedeviaă prin crisal în imp ce unda ordinară ese eliminaă ca urmare a reflexiei oale ce o suferă pe sraul de balsam de Canada. Asfel nicolul lasă să reacă numai o rază oal Figura 3. 76

3 Fizică: Îndrumăor de laboraor polarizaă. Planul de vibraţie al aceseia coincide cu aşa numia secţiune principală (crisalografic deerminaă) a crisalului. Roind nicolul în jurul razei incidene, planul secţiunii principale şi odaă cu el cel de vibraţie se roesc de asemenea. Dispoziivele care prin fenomene de reflexie, refracţie, birefringenă ec. duc la polarizarea luminii se numesc polarizori. Dacă în asemenea dispoziive inră lumină naurală, la ieşire se obţine lumină polarizaă asfel că odaă cu roirea dispoziivului planul de vibraţie se roeşe, dar inensiaea fasciculului rămâne consană. Dacă însă lumina incidenă ese polarizaă, la ieşirea din dispoziiv se obţine o lumină polarizaă, dar a cărei inensiae variază în funcţie de unghiul dinre planul de vibraţie inciden şi emergen (variază deci odaă cu roirea dispoziivului). Ca urmare, acese dispoziive po fi folosie şi penru analizarea luminii, numindu-se în aces caz analizori. Dacă un fascicul de lumină naurală rece prinr-un polarizor, iar apoi prinr-un analizor, inensiaea I a fasciculului emergen ese daă de legea lui Malus: 2 I = I o cos α (1) unde α ese unghiul dinre planele de vibraţie ale luminii înaine şi după analizor, iar I o inensiaea fasciculului ce inră în analizor. 3. Aplicaţii Lumina polarizaă ese folosiă în şiinţă şi ehnică. În şiinţă ese folosiă la: i) deerminarea spinului nucleului pe cale polarimerică; ii) sudiul efecelor Sark, Zeeman; Faraday; iii) sudiul srucurii moleculare prin roaţie opică; iv) în asrofizică la sudiul sării de polarizare a luminii primie de la diferie nebuloase. În ehnică lumina polarizaă ese folosiă la: i) analiza prin meoda fooelasiciăţii a ensiunilor produse în piese sub acţiunea forţelor exerioare; ii) măsurăori de roaţie unghiulară şi de deplasări liniare sau unghiulare (elemerie); în merologie ese folosiă la: i) modulări de fluxuri luminoase; ii) la filre opice cu proprieăţi variae şi cu aplicaţii diverse, ec. 4. Meodica experimenală În lucrarea de faţă, lumina naurală provenind de la un bec ese recuă prinr-un nicol având rolul de polarizor, apoi cade pe o placă reflecană cu rol de analizor. Unghiul α din (1) va fi unghiul făcu de direcţia secţiunii principale a nicolului cu perpendiculara pe planul de incidenţă al oglinzii (aceasa fiind direcţia preferenţială la polarizarea prin reflexie). În impul lucrării oglinda şi direcţia razei incidene pe ea rămân fixe. Nicolul ese mona înr-un ub şi roi odaă cu acesa. Din aceasă cauză unghiul α variază şi se creează posibiliaea verificării legii lui Malus. 77

4.1 Monajul experimenal Sudiul polarizării luminii Dispoziivul folosi ese schiţa în Figura 4. De la becul S lumina ajunge la nicolul N (polarizor). Trecând prin nicol lumina devine oal polarizaă.

4 4.1 Monajul experimenal Sudiul polarizării luminii Dispoziivul folosi ese schiţa în Figura 4. De la becul S lumina ajunge la nicolul N (polarizor). Trecând prin nicol lumina devine oal polarizaă. Nicolul ese mona înr-un dispoziiv ce poae fi roi, având posibiliaea de a măsura unghiul de roaţie cu ajuorul unui sisem goniomeric G. Fasciculul ce părăseşe nicolul ajunge pe placa reflecană P. Inensiaea razei Figura 4. reflecae ese măsuraă cu o foocelulă F. Aceasa, funcţionând pe baza efecului fooelecric, generează curenţi proporţionali cu inensiaea fluxului luminos ce cade pe caodul ei. Foocelula ese aşezaă în focarul unei lenile L, iar curenul genera se măsoară cu un microampermeru µa. 4.2 Modul de lucru 1. Se idenifică părţile componene ale dispoziivului experimenal conform schemei din figura Se alimenează sursa de lumină. 3. Se roeşe ubul cu nicol cu câe 30 o de la 0 o la 360 o şi se măsoară inensiaea curenului corespunzăoare fiecărei poziţii a nicolului, recând rezulaele în abelul de mai jos. Tabelul 1. ϕ (grade) e ( ϕ) I (µa) ( ϕ) I (µa) 5. Prelucrarea daelor experimenale 5.1 Deerminarea mărimilor fizice şi rasarea graficelor 1. Cu daele obţinue se va rasa variaţia = f ( ϕ) I în coordonae polare. 2. Valoarea maximă obţinuă a curenului noaă cu I max, se va uiliza penru calculul valorilor eoreice, conform legii lui Malus, 78

5 Fizică: Îndrumăor de laboraor 2 I = I cos ϕ (2) max penru fiecare unghi ϕ considera experimenal. 3. Se reprezină alăuri de curba experimenală, curba eoreică I = f ( ϕ) Calculul erorilor 1. Privind graficul se alege direcţia pe care diferenţa I I ese maximă şi se cieşe valoarea abaerii maxime I = I (3) I 2. Se deermină eroarea relaivă maximă I = I I I I 100 (% ) (4) 79

Σχετικά έγγραφα

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare 1 Planul în spaţiu Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru 2 Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Fie reperul R(O, i, j, k ) în spaţiu. Numim normala a unui plan, un vector perpendicular pe